Ljus framtid för ny ljuskälla

Tre år efter att Thomas Edison uppfunnit den elektriska glödlampan år 1880 fick en av hans vänner den bisarra idén att sätta elektriska ljus i träden i juletid – världens första julbelysning var skapad! Men det var först i början av 1900-talet som julbelysningen började bli vanlig i Sverige.

– En glödlampa fungerar genom att en glödtråd av volfram hettas upp av strömmen som flyter genom tråden så att den börjar glöda. Den befinner sig i en inert gas för att inte brinna upp. Det betyder att den måste vara väldigt het för att fungera, vilket i sin tur gör att värmeutvecklingen är betydande och att effektiviteten därför är låg, säger Johan Haake, som undervisar på Institutionen för tillämpad fysik och elektronik vid Umeå universitet och forskar om trådlös teknik, inbyggda system, EMC och signalintegritet.

Det mesta av energin i en glödlampa går åt till att producera värme. Endast fem procent av elenergi som den omvandlar blir till ljus, resten försvinner i värme. Edisons glödlampa är därför en energibov!

LED minskar elförbrukning

För att spara på elen beslutade EU att förbjuda glödlamporna. År 2013 var glödlampsepoken över och glödlamporna ersattes med effektivare lampor ute i butikerna.

Bytet till LED-lampor och lågenergilampor minskar elanvändningen för belysning med upp till 90 procent. Lampans livslängd är cirka 10 000 timmar, jämfört med en glödlampa som ger ljus i 1 000 timmar. LED-lampan håller med andra ord 10–20 jular. Johan Haake förklarar varför:

– En LED-lampa, alltså en lysdiod, fungerar genom elektroluminans, vilket är en effekt där en halvledare fås att lysa av strömmen som passerar. Även en lysdiod har en viss värmeutveckling på grund av förluster, men det är inte en förutsättning och den är väldigt mycket lägre än för en glödlampa, vilket gör att effektiviteten är mycket bättre.

Han berättar vidare:

– En lågenergilampa är i princip ett lysrör som är gjort mer kompakt för att passa i fattningen för en vanlig lampa. Lysrör och lågenergilampor fungerar genom en jonisering av argon och kvicksilver, vilket producerar UV-ljus. UV-ljuset omvandlas sedan till synligt ljus av ett fluorescerande skikt på insidan av glaset.

Lågenergilampor är även de betydligt effektivare än glödlampor och även mer långlivade, men de har nackdelen att innehålla kvicksilver och att de tar en stund att komma upp i full ljusstyrka.

Julbelysning ganska billigt nöje

Enligt Vattenfall är elförbrukningen till julbelysning totalt sett ganska beskedlig – säg att du tänder en adventsstjärna, en adventsljusstake och en utomhusgran från och med första advent fram till tjugondag knut, och dessutom tänder innegranen från julafton. Den extra elkostnaden (beroende på vilket elavtal du har) blir för en villa cirka 25–50 kronor för denna period. För en lägenhet, där Vattenfall räknar bort utegranen, blir summan cirka 15–30 kronor.

Den stora ljusfesten är alltså en liten del av den totala elräkningen om du är ”herr eller fru Lagom” och inte en julbelysningsfrossare som pyntar på av alla krafter.

LEC kan ta över marknaden

Professor Ludvig Edman och hans forskargrupp the Organic Electronics and Photonics Group (OPEG) på Institutionen för fysik vid Umeå universitet forskar bland annat om en ny typ av ljuskälla. De utvecklar ljusemitterande elektrokemiska celler, LEC, som effektivt emitterar ljus med ”alla” färger, inklusive vitt och IR, som kan vara helt metallfria, och som kan tillverkas över stora ytor med kostnads- och energieffektiva tryckmetoder.

– En LEC är en tunn och flexibel ljuskälla som består av elektriskt ledande kolbaserade material. Den drivs med en låg spänning och avger ljus från en yta i stället för en punkt som traditionella ljuskällor, såsom glödlampor och LED-lampor. Detta ger helt nya designmöjligheter för belysning där man kan skapa ljus från former och ytor som inte var möjliga med gammal teknik, säger fysiker Petter Lundberg.

Julkort med LEC

Petter Lundberg och hans kollega Christian Larsen, första forskningsingenjör, tror att tekniken har stora möjligheter och i framtiden skulle man kunna använda LEC till lite ovanligare och festligare julbelysning.

– Ett tänkbart användningsområde är tryckta etiketter. Man kan till exempel tänka sig lysande julkort, julgranskulor och stjärnor. Man kan även föreställa sig ett mönster på julklappspapperet som lyser upp under granen, säger Christian Larsen.

Med ljus som kan tryckas över stora ytor skulle man kunna tillverka lysande tapeter med julmotiv. Men vill man verkligen ha jultapeter året runt? Kanske är julgardiner rimligare?! De skulle kunna tillverkas på liknande sätt som när man trycker motiv på t-shirts.

Sparar man el om man byter ut all julbelysning mot LEC?

– Potentialen finns för extremt effektiva LEC:ar, likt LED-lampor, och vi har för tillfället världsrekordet på LEC-effektivitet här vid Umeå universitet. Dock har vi inte uppnått LEC:arnas fulla potential ännu, så vi har mer att göra, säger Christian Larsen.

– LEC:ars största fördel är dock ur ett livscykelperspektiv, eftersom de kan tillverkas utan metaller och andra skadliga ämnen på ett energieffektivt sätt. Mycket krut läggs därför just nu på att använda och utveckla ”gröna” material för LEC:ar som är biologiskt nedbrytbara, säger Petter Lundberg.

Denna artikel publicerades ursprungligen hos Umeå universitet.